JP3207022B2 - 投射型表示装置用光源、照明装置および液晶投射型表示装置 - Google Patents

投射型表示装置用光源、照明装置および液晶投射型表示装置

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JP3207022B2 JP19122493A JP19122493A JP3207022B2 JP 3207022 B2 JP3207022 B2 JP 3207022B2 JP 19122493 A JP19122493 A JP 19122493A JP 19122493 A JP19122493 A JP 19122493A JP 3207022 B2 JP3207022 B2 JP 3207022B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
【０００１】本発明は投射型表示装置用光源および液晶
投射型表示装置に関り、特に光源の出射光を効率よく集
光することのできる投射型表示装置用光源および液晶投
射型表示装置に関する。
【０００２】更に本発明は、照明装置及びこれを用いた
液晶投射型表示装置に関するものであり、一対の透明基
板間に液晶を注入し、該液晶の電気光学効果により画像
情報を可視表示する透過型の液晶表示素子を、ライトバ
ルブとして用い、該液晶表示素子上の表示画像を、照明
装置による照明光で照射表示する液晶投射型表示装置
と、そのための前記照明装置と、に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】従来の投射型液晶表示装置に使用される
光源は、例えば特開平１−１２０１９２号公報、特開平
３−２３０４０４号公報等に記載され、図６に示すよう
にランプ１、リフレクタ３、及びコンデンサレンズ等に
よって構成されているものが多い。
【０００４】照明装置について述べれば、従来より、例
えば、光学的特性の変化として所与の映像信号に応じて
ライトバルブに形成される画像を、照明装置による照明
光で照射し、該画像を直視する直視型表示装置、あるい
は該画像を光学像として投写レンズによりスクリ−ン上
に投写する投写型表示装置等が、液晶表示装置としてあ
り、そうした液晶表示装置に用いられるライトバルブと
して、透過型の液晶表示素子を用いているものが数多く
提案されている。
【０００５】一方、透過型の液晶表示素子をライトバル
ブとして用いた液晶表示装置に使用される照明装置とし
ては、例えば特開昭６４−３８７２５号公報または特開
平１−１８２８７７号公報、特公平４−６３３６４号公
報に記載のように、光源からの出射光を１枚のリフレク
タで反射させて液晶表示素子を照射するものが用いられ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の投射型液晶表示
装置に使用される光源としては、図６の光線１１のよう
にリフレクタ３に当たらずに逸散する光線成分１１の存
在により十分な光利用率が得られていなかった。
【０００７】この損失を補うためにはリフレクタ３を大
型化する必要があるが、同時に装置全体が大型化すると
いう問題があった。本発明の第１の目的は、図６におけ
る光線成分１１を減らし、有効な光線成分１２の光量を
増加した投射型表示装置用光源および液晶投射型表示装
置を提供することにある。
【０００８】次に照明装置及びこれを用いた液晶投射型
表示装置について述べると、一般に、ライトバルブに背
面から光を照射するタイプの所謂バックライトと上記透
過型の液晶表示素子とを用いた液晶表示装置、あるい
は、さらに該液晶表示装置による像を投写レンズにより
スクリ−ン上に投写する投写型液晶表示装置において
は、表示画像が明るく、かつ小型で解像度等の性能が良
いことが望まれている。明るさを向上させるためには、
光源自体の明るさを増すこと、該光源の放射する全光束
量に対する、透過型の液晶表示素子等のライトバルブ上
に照射される光束量の比率（以下集光率と呼ぶ）を高く
することが必要である。
【０００９】上記従来技術については、光源からの出射
光を１枚のリフレクタで反射させて液晶表示素子に照射
するものであるから、リフレクタに入射しない光線は有
効利用されない。
【００１０】図１５は、従来の照明装置の基本的構成を
示す説明図である。同図に見られるように、光源１０１
から出射した光線は、リフレクタ１０２に入射し、反射
して液晶表示素子１０５を照射するに至る反射光１１５
と、リフレクタ１０２に入射しないで逃げる直射光１１
６に大別される。
【００１１】従来方式においては、直射光１１６が有効
利用されないので液晶表示素子１０５に集まる光の集光
率が低く、これを向上させることが課題であった。この
直射光１１６を有効利用するには、リフレクタを大形化
すればよいが、この場合セットの大形化を招くので望ま
しくない。
【００１２】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、従って本発明の第２の目的は、液晶表
示装置の明るさを向上させることができる集光率の高い
照明装置及びかかる照明装置を用いた液晶投射型表示装
置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し第１の
目的を達成するために、本発明では、ランプの管球部の
一部にその出射光成分である可視光成分を上記リフレク
タに向けて反射する反射膜を直接設けさらに、上記反射
膜の形状を球面、楕円面または放物面とするようにす
る。
【００１４】また反射膜の外側に、ランプの出射光と共
に出射される熱線を反射する熱線反射膜を設け、かつ該
熱線反射膜の反射面形状を、該熱線反射膜により反射さ
れた熱線が管球部内の所要の点に集中して管球部内の添
加物の対流を促進するように定める。
【００１５】また、液晶表示装置に上記投射型表示装置
用光源の何れかを用い、その出射光を集光レンズにより
集光して液晶表示素子に照射し、その透過光を投射レン
ズによりスクリーンに投射するようにする。
【００１６】また、三板式の液晶表示装置に上記投射型
表示装置用光源の何れかを用い、その出射光を集光レン
ズにより集光して三原色に分離し、その三原色のそれぞ
れを三枚の液晶表示素子に照射してそれぞれの出射光を
合成し、投射レンズによりスクリーンに投射するように
する。
【００１７】次に上記第２の目的（液晶表示装置の明る
さを向上させることができる集光率の高い照明装置、及
びこれを用いた液晶投射型表示装置を提供すること）達
成のため、本発明では、照明装置を、光源と、液晶表示
素子の光投射面を照射面として光源からの出射光を該照
射面に集光するためのリフレクタと、により構成し、か
つ該リフレクタを、光源の一方の側に液晶表示素子が位
置するとしたとき該光源の他方の側（光源から見て液晶
表示素子とは反対の側）に配置する第１のリフレクタ
と、光源から見て液晶表示素子と同じ側に配置する第２
のリフレクタと、の２枚構成とした。
【００１８】図１６は、本発明における課題の解決手段
（第２の目的達成の手段）の概要を示す説明図である。
同図を参照すると、本発明では、照明装置を、光源１０
１と、液晶表示素子１０５の光投射面を照射面として光
源１０１からの出射光を該照射面に集光するためのリフ
レクタ（１０２，１０３）と、により構成し、かつ該リ
フレクタを、光源１０１の一方の側に液晶表示素子１０
５が位置するとしたとき該光源１０１の他方の側（光源
１０１から見て液晶表示素子１０５とは反対の側）に配
置する第１のリフレクタ１０２と、光源１から見て液晶
表示素子１０５と同じ側に配置する第２のリフレクタ１
０３と、の２枚構成としたことが理解できるであろう。
【００１９】さらに、第１のリフレクタの反射面の形状
を断面楕円形状としたとき、このリフレクタを符号１０
２Ａで表わすこととし、この場合について、以下の条件
式（イ）を満たすようにすることにより、高い集光率を
得ることが可能となった。
【００２０】 （Ｄ・Ｌ）／（Ｄ＋ｙ）＜ｆ2 ＜（Ｄ・Ｌ）／（Ｄ−ｙ） …（イ） 但し、Ｌは第１のリフレクタの頂点から照射面となる液
晶表示素子までの距離、ｆ2 は第１のリフレクタの持つ
二つの焦点距離の中の第２焦点距離、Ｄは第１のリフレ
クタの開口径、ｙは液晶表示素子の対角長寸法である。
【００２１】図１７は、本発明による照明装置の各部寸
法関係を示す説明図であるので、これを参照すれば、第
１のリフレクタ１０２Ａの頂点から照射面となる液晶表
示素子１０５までの距離Ｌ、第１のリフレクタ１０２Ａ
の第２焦点距離ｆ2 （第２焦点位置がＦ2 であり、第１
焦点位置は光源１０１の位置である）、第１のリフレク
タ１０２Ａの開口径Ｄが具体的に理解できるであろう。
ｙは、液晶表示素子１０５の対角長寸法（図では、一辺
の長さのように見えるが、そうではなく四辺形をなす液
晶表示素子面の対角長寸法であることに注意されたい）
である。
【００２２】なお図１７の（ａ）はｆ2 ＞Ｌ の場合
を、図１７の（ｂ）はｆ2 ＜Ｌ の場合を、それぞれ示
したものである。
【００２３】また、上記第２の目的達成のため、本発明
では、照明装置を、光源と、該光源からの出射光を照射
対象である照射面（液晶表示素子の光投射面）にコンデ
ンサレンズを介して集光するためのリフレクタと、によ
り構成し、かつ該リフレクタを、光源の一方の側に液晶
表示素子が位置するとしたとき該光源の他方の側（光源
から見て液晶表示素子とは反対の側）に配置する第１の
リフレクタと、光源から見て液晶表示素子と同じ側に配
置する第２のリフレクタと、の２枚構成とした。
【００２４】図１８は（ａ）も（ｂ）も、本発明におけ
る、かかる課題解決手段（第２の目的達成の手段）の概
要を示す説明図である。同図を参照すると、本発明で
は、照明装置を、光源１０１と、該光源１０１からの出
射光を照射対象である照射面（液晶表示素子１０５の光
投射面）にコンデンサレンズ１１４を介して集光するた
めのリフレクタ（１０２，１０３）と、により構成し、
かつ該リフレクタを、光源１０１の一方の側に液晶表示
素子１０５が位置するとしたとき該光源１０１の他方の
側（光源１０１から見て液晶表示素子１０５とは反対の
側）に配置する第１のリフレクタ１０２と、光源１０１
から見て液晶表示素子１０５と同じ側に配置する第２の
リフレクタ１０３との２枚構成としたことが理解できる
であろう。
【００２５】さらに、図１８の（ａ），（ｂ）に見られ
るように、第１のリフレクタ１０２の反射面形状を回転
放物面の一部をなす形状としたとき、このリフレクタを
符号１０２Ｂで表わすこととし、この場合について、以
下の条件式（ロ）を満たすようにすることにより、高い
集光率を得ることが可能となった。
【００２６】 （Ｄ・ＬＯ）／（Ｄ＋ｙ）＜ｆCL＜（Ｄ・ＬＯ）／（Ｄ−ｙ） …（ロ） 但し、ＬＯは、コンデンサレンズ１１４から照射面とな
る液晶表示素子１０５までの距離、ｆCLはコンデンサレ
ンズ１１４の焦点距離である。
【００２７】リフレクタ１０２Ｂの反射面形状が回転放
物面の一部をなす形状なので、リフレクタ１０２Ｂで反
射した光は並行光となるだけであるので、これをコンデ
ンサレンズ１１４を用いて焦点を結ばせているわけであ
る（図１７とは、この点で相違するだけである）。
【００２８】なお、図１８の（ａ）はｆCL＞ＬＯ の場
合を、図１８の（ｂ）はｆCL＜ＬＯの場合を、それぞれ
示している。
【００２９】また、上記第２の目的達成のため、本発明
では、既に図１６、図１７及び図１８を参照して説明し
た如き照明装置を用いて、液晶表示素子を照射すること
により、明るい液晶投射型表示装置を得た。
【００３０】
【作用】第１の目的達成に関連して作用を説明する。ラ
ンプの管球部に設けた反射膜はリフレクタに向かわない
ランプの出射光成分をリフレクタ側に反射する。また、
ランプの管球部内の発光中心を上記反射膜の球面の中心
位置に一致させることにより、ランプの出射光成分が効
率よくリフレクタ側に反射される。
【００３１】さらに、ダイクロイック膜で形成した反射
膜は、可視光成分のみをリフレクタ側に反射し、熱線を
透過、あるいは部分的に透過して残り成分をリフレクタ
側に反射する。また反射膜の外側に、ランプの出射光と
共に出射される熱線を反射する熱線反射膜を設け、該熱
線反射膜の反射面形状を適宜に定めて、該熱線反射膜に
より反射された熱線が管球部内の所要の点に集中して管
球部内の添加物の対流を促進するようする。
【００３２】また、ランプの出射光を集光レンズにより
集光して液晶表示素子に照射し、その透過光を投射レン
ズによりスクリーンに投射する液晶表示装置に、上記投
射型表示装置用光源の何れかを用いることにより、スク
リーン上の投影像の輝度が向上する。
【００３３】同様に、上記三板式の液晶表示装置に、上
記投射型表示装置用光源の何れかを用いることにより、
スクリーン上の投影像の輝度が向上する。
【００３４】次に、第２の目的達成に関連して作用を説
明する。先ず図１６を参照する。光源１０１から出射し
た光線は、断面楕円形状の反射面を持つ第１のリフレク
タ１０２、及び第２のリフレクタ１０３に入射する。第
２のリフレクタ１０３を反射する光線は、一旦光源１０
１に戻り、第１のリフレクタ１０２に入射する。したが
って、光源１０１から出射した光線はそのほとんどが、
第１のリフレクタ１０２を反射し、液晶表示素子１０５
に照射されるので、光源から出射する光線のほとんどが
反射光１１５として有効利用される。
【００３５】さらに、既に述べた上記照明装置におい
て、前記条件式（イ）、（ロ）を満足することにより、
集光率を向上できることも述べたが、この条件につい
て、図１７、図１８を参照して改めて説明する。
【００３６】図１７の（ａ）において、Ｆ2 は第１のリ
フレクタ１０２Ａの第２焦点位置である。本発明におい
ては、第１のリフレクタ１０２Ａは断面楕円形状の反射
面を有している。光源１０１は、第１のリフレクタ１０
２Ａの第１焦点位置近傍に配置する。光源１０１出射後
の光線は、第１のリフレクタ１０２Ａの反射面が断面楕
円形状の反射面であることから、第１のリフレクタ１０
２Ａの第２焦点位置Ｆ2 に集光する。
【００３７】集光率を高くする条件として、液晶表示素
子１０５に入射する光線の幅を液晶表示素子１０５の対
角長寸法と同等又はそれ以下にすることが必要である。
換言すると、光線が断面円形の光束として液晶表示素子
１０５に入射するとすると、その円形の光束の直径を液
晶表示素子１０５の対角長寸法とほぼ同等またはそれ以
下にしないと、光線が液晶表示素子１０５の面以外の所
にも広く照射してしまい、集光率を高くできないわけで
ある。
【００３８】ここで、図１７に示すように、第１のリフ
レクタ１０２Ａの第２焦点距離をｆ2 、第１のリフレク
タ１０２Ａから液晶表示素子５までの距離をＬ、第１の
リフレクタ１０２Ａの開口径をＤ、液晶表示素子１０５
の面の対角長寸法をｙとする。
【００３９】図１７の（ａ）は、ｆ2 ＞Ｌの場合におい
て、液晶表示素子１０５に入射する光線の幅（円形の光
束の直径）と液晶表示素子１０５の面の対角長寸法が一
致している場合であり、図１７の（ｂ）は、ｆ2 ＜Ｌの
場合において、液晶表示素子１０５に入射する光線の幅
（円形の光束の直径）と液晶表示素子１０５の面の対角
長寸法が一致している場合である。
【００４０】図１７の（ａ）の場合は、液晶表示素子１
０５に入射する光線の幅（円形の光束の直径）と液晶表
示素子１０５の面の対角長寸法を同等とするには、第１
のリフレクタ１０２Ａの第２焦点距離ｆ2 は次式で表さ
れるものでなくてはならない。
【００４１】 ｆ2 ＝（Ｄ・Ｌ）／（Ｄ−ｙ） ………（ハ） 第１のリフレクタ１０２Ａの第２焦点距離ｆ2 が、上記
式（ハ）で示される値よりも長いと、液晶表示素子１０
５に入射する光線の幅（円形の光束の直径）が液晶表示
素子１０５の面の対角長寸法よりも大きくなるので、光
線が液晶表示素子１０５の面以外の所にも広く照射して
しまい、集光率が劣化する。
【００４２】図１７の（ｂ）の場合の、第１のリフレク
タ１０２Ａの第２焦点距離ｆ2 は、次式で表されるもの
でなくてはならない。 ｆ2 ＝（Ｄ・Ｌ）／（Ｄ＋ｙ） ………（ニ）
【００４３】第１のリフレクタ１０２Ａの第２焦点距離
ｆ2 が、上記式（ニ）で示される値よりも短いと、液晶
表示素子１０５に入射する光線の幅が液晶表示素子１０
５の対角長寸法よりも大きくなるので、光線が液晶表示
素子１０５の面以外の所にも広く照射してしまい、集光
率が劣化する。したがって、照明装置においては、上記
条件式（６）を満足することが有効なわけである。
【００４４】次に図１８を参照して、照明装置を、光源
と、２枚のリフレクタと、コンデンサレンズで構成した
場合について説明する。
【００４５】図１８の（ａ）において、ＦCLはコンデン
サレンズ１１４の焦点位置である。本発明においては、
第１のリフレクタ１０２Ｂは、回転放物面の一部を反射
面とする形状である。光源１０１は、第１のリフレクタ
１０２Ｂの第１焦点位置近傍に配置する。光源１０１出
射後の光線は、第１のリフレクタ１０２Ｂの反射面が回
転放物面の一部をなす形状であるところから、反射後は
平行光となり、コンデンサレンズ１１４に入射する。そ
してコンデンサレンズ１１４により、集光され液晶表示
素子１０５を照射する。
【００４６】そのときの集光率を高くする条件として、
液晶表示素子１０５に入射する光線の幅（円形の光束の
直径）を液晶表示素子１０５の対角長寸法と同等又はそ
れ以下にすることが必要である。
【００４７】ここで、図１８に示すように、コンデンサ
レンズ１１４の焦点距離をｆCL、コンデンサレンズ１１
４から液晶表示素子１０５までの距離をＬＯ、第１のリ
フレクタ１０２Ｂの開口径をＤ、液晶表示素子１０５の
対角長寸法をｙとする。
【００４８】図１８の（ａ）は、ｆCL＞ＬＯ の場合に
おいて、液晶表示素子１０５に入射する光線の幅（円形
の光束の直径）と液晶表示素子１０５の対角長寸法が一
致している場合であり、図１８の（ｂ）は、ｆCL＜ＬＯ
の場合において、液晶表示素子１０５に入射する光線
の幅（円形の光束の直径）と液晶表示素子１０５の対角
長寸法が一致している場合である。
【００４９】図１８の（ａ）の場合は、液晶表示素子１
０５に入射する光線の幅（円形の光束の直径）と液晶表
示素子１０５の対角長寸法を同等とするには、コンデン
サレンズ１１４の焦点距離ｆCLは次式で表されるもので
なくてはならない。 ｆCL＝（Ｄ・ＬＯ）／（Ｄ−ｙ） ………（ホ）
【００５０】コンデンサレンズ１１４の焦点距離ｆ
CLが、上記式（ホ）で示される値よりも長いと、液晶表
示素子１０５に入射する光線の幅（円形の光束の直径）
が液晶表示素子１０５の対角長寸法よりも大きくなるの
で、集光率が劣化する。
【００５１】図１８の（ｂ）の場合のコンデンサレンズ
の焦点距離ｆCLは次式で表されるものでなくてはならな
い。 ｆCL＝（Ｄ・ＬＯ）／（Ｄ＋ｙ） ………（ヘ）
【００５２】コンデンサレンズ１１４の焦点距離ｆ
CLが、上記式（ヘ）で示される値よりも短いと、液晶表
示素子１０５に入射する光線の幅（円形の光束の直径）
が液晶表示素子１０５の対角長寸法よりも大きくなるの
で、集光率が劣化する。したがって、照明装置において
は、上記条件（ロ）を満足することが有効なわけであ
る。
【００５３】
【実施例】まず、図１〜図５、及び図９〜図１１を用い
て第１の目的達成のための実施例を説明する。即ち、図
１〜図５、及び図９〜図１１を参照して本発明による光
源について説明し、次いでこれらの光源を用いた液晶表
示装置について説明する。
【００５４】図１はほぼ点光源と見なせるランプ１を用
いた場合である。ランプ１は前電極８と後電極７間の放
電により発光する。図１においては前電極８と後電極７
間の間隔が十分に短いので点光源とみなすことができ、
発光中心は球面の管球部４の中心と一致する。
【００５５】出射光の中の光線１３はリフレクタ３によ
り反射、集光される。また、光線１４は反射膜２により
反射されて折り返し、リフレクタ３へ再び出射される。
従来光源ではこの光線１４のような成分はリフレクタ３
の外に逸散して失われていた。
【００５６】これに対して図１ではこの損失光をリフレ
クタ３側に戻すことができるので、実質的に光線１３の
密度がほぼ２倍に増加したことと等価になり、光利用率
を略２倍に向上することができる。
【００５７】次に、ランプ１を点光源と見なせない場合
における本発明について説明する。図２において、前電
極８と後電極７間の間隔が開いているため、両電極７、
８間の中心部から反射膜２に向かう光成分１４は図１の
場合と同様にリフレクタ３側に出射され、光利用率を向
上させる。しかし、例えば前電極８の端部から出射され
た光線１５、同１６等は、反射膜２により反射した後、
後電極７その他の部分に遮られるのでリフレクタ３に到
達しない。
【００５８】そこで本発明では図３に示すように、管球
部４の形状を楕円面として反射膜２を楕円面にし、楕円
面の二つの焦点をそれぞれ前電極８と後電極７の端部と
ほぼ一致させるようにする。
【００５９】図３において、前電極８端部より出射して
反射膜２に反射した光線１７は、楕円面の性質に従って
後電極７の端部を通過して再出射され、図示せざるリフ
レクタ３へ導かれるので、前電極８端部からの出射光も
光線１３に加えて有効に利用することができる。また、
後電極７より出射し反射膜２に反射した光線１８は前電
極８の端部へ導かれ、その後は光線１７と同様にリフレ
クタ３に導かれて光線１３に加わる。
【００６０】また図４に示すように、各電極７、８の端
部以外から出射された光線１９、２０等は反射膜２によ
って折り返された後、前電極８と後電極７間を通過し、
図示せざるリフレクタ３により集光されて光線１３に加
わる。
【００６１】後電極７と前電極８の各端部間の間隔を５
ｍｍとすると、反射膜２の楕円面は例えば次の式（ト）
のようになる。 ｘ2 ／６2 ＋ｙ2 ／５．５2 ＝１ ……（ト） また、リフレクタ３（図１）は焦点距離は１１ｍｍ、開
口径はφ８０ｍｍの放物面となっている。
【００６２】以上のように、ランプ１の前電極８と後電
極７間の間隔が長い場合には、反射膜２を楕円面とし
て、前電極８と後電極７の各端部を楕円面の二つの焦点
にほぼ一致させることにより、電極間の細長い発光部か
らの光の略すべてを利用することができるのである。
【００６３】また、ランプ１にはメタルハライドラン
プ、キセノンランプ等の放電ランプの他に、ハロゲンラ
ンプ等を用いて同様の効果を得ることができる。発光部
がフィラメントの場合には、フィラメントを上記放電ラ
ンプの発光部であるアークにおきかえて考えればよい。
【００６４】図５は上記本発明による液晶表示装置用光
源の実施例の断面図である。球面形状の管球部４の表面
のリフレクタ３の開口部側半分に反射膜２を形成し、管
球部４の中心には発光中心がある。
【００６５】上記管球部４は光軸方向をｘ軸、光軸と直
角な方向をｙ軸として次の式（チ）によって表される形
状となっている。 ｘ2 ＋ｙ2 ＝５．５2 ……（チ）
【００６６】また、上記本発明の光源における反射膜を
ダイクロイック膜によって形成して可視光のみをリフレ
クタ側に反射するようにしている。また、上記ダイクロ
イック膜に熱線をある程度反射する特性をもたせてラン
プ管球部内の添加物の対流を促進するようにしている。
【００６７】この結果、ハロゲンサイクルの活発化によ
り管球部の黒化現象を改善してランプを長寿命化するこ
とができる。このとき、熱線の反射量が少ないと黒化現
象の改善効果が少なく、多すぎても管球部の耐久性が損
なわれるので、反射する熱線量を適宜調節するようにす
る。本発明では上記熱線の反射量をダイクロイック膜の
熱線反射率によって調節するようにする。
【００６８】図９は上記可視光と熱線の反射率をほぼ独
立に設定するようにした本発明の要部の構成図である。
図９において、反射ミラー９の内側に可視光のみを反射
するダイクロイック膜４６を形成し、外側の面形状は内
側と違う形状とした上で熱線反射膜４７を形成する。な
お、熱線反射膜４７として熱線を反射するダイクロイッ
ク膜を用いるようにしてもよい。
【００６９】この結果、電極７、８間からの熱線成分は
熱線反射膜４７に両電極間を反射してランプ管球内部の
任意の点に集中するので、管球部内の添加物の対流が促
進される。なお、図９では熱線４８をランプ管球部内の
中心より下方側に集中させて添加物の対流を効率良く促
進するようにしている。
【００７０】図１０はランプ１の発光部５２とリフレク
タ３の位置関係を示す説明図であるので参照されたい。
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【００７４】
【００７５】図１２（ａ）、（ｂ）は光源１とリフレク
タ３の位置関係による発散角５１の変化を参考までに示
した説明図である。
【００７６】
【００７７】図７は上記本発明の光源を用いた投射型液
晶表示装置の構成図である。メタルハライド、キセノ
ン、ハロゲン等のランプ１の出射光はリフレクタ３に反
射して赤外フィルタ２１により赤外線をカットされ、集
光レンズ２２を介して液晶表示素子２３に入射され、ス
クリーン２６上に明るい映像を投影する。なお、集光レ
ンズ２２を省略して光線をリフレクタ３から直接液晶表
示素子２３に入射するようにすることもできる。
【００７８】図８は上記本発明の光源を用いた三板式投
射型液晶表示装置の構成図である。メタルハライド、キ
セノン、ハロゲン等のランプ１の出射光はリフレクタ３
に反射して集光レンズ２２により赤外フィルタ２１に入
射され赤外線をカットされる。
【００７９】次いでダイクロイックミラー３０、３２と
全反射ミラー３４より構成される色分離光学系により
緑、青、赤の三色に分離され、それぞれ緑色用液晶表示
素子２７、青色用液晶表示素子２８、赤色用液晶表示素
子２９を通過し、ダイクロイックミラー３３、３５、及
び全反射ミラー３４より構成される色合成光学系によっ
て色合成されて投射レンズ２５を介してスクリーン２６
上に明るい映像を投影する。なお、集光レンズ２２を省
略して光線をリフレクタ３から直接液晶表示素子２３に
入射するようにすることもできる。
【００８０】以下、第２の目的達成のための本発明の実
施例について、図面を用いて説明する。
【００８１】図１３は、本発明の第２の目的達成のため
の一実施例としての液晶投射型表示装置を示す構成図で
ある。図１３において、１０１は光源であり、例えばメ
タルハライドランプ、ハロゲンランプである。１０２Ａ
は、断面が楕円形状の反射面を持つ第１のリフレクタ、
１０３は、球面形状の一部を反射面として有する第２の
リフレクタ、１０４はコ−ルドフィルタ（赤外カットフ
ィルタとも云う、映像に関係しない赤外線を通さず反射
してしまうフィルタ）、１０５は液晶表示素子である。
１０６は液晶表示素子１０５上の表示画像を拡大するた
めの投写レンズ、１０７はスクリ−ンである。
【００８２】また、液晶表示素子１０５の駆動回路とし
ては、例えば図１３の回路ブロックに示す如くである。
即ち、１０８はビデオクロマ処理回路、１０９はＲＧＢ
出力回路、１１０はＸドライバ、１１１は同期処理回
路、１１２はコントロ−ラ、１１３はＹドライバであ
る。
【００８３】図１３を参照する。光源１０１は、第１の
リフレクタ１０２Ａの第１焦点位置近傍に配置されてお
り、光源１０１から出射する光は、第１のリフレクタ１
０２Ａで反射して、コ−ルドフィルタ１０４を介して液
晶表示素子１０５に照射される。また、第２のリフレク
タ１０３で反射される光線は、一旦光源１０１に戻り、
第１のリフレクタ１０２Ａに入射、そして反射し、コ−
ルドフィルタ１０４を介して液晶表示素子１０５に照射
される。
【００８４】本実施例では、光源１０１の前後に２枚の
リフレクタを配置しているので、光源１０１からの出射
光のほとんどを有効利用できる。さらに、第１のリフレ
クタ１０２Ａを、断面楕円形状の反射面を持つものと
し、その焦点距離、開口径、位置を既に説明した条件に
従って最適に設定することにより、高い集光率を得るこ
とが可能となる。
【００８５】そして、液晶表示素子１０５上に表示され
た画像は、投写レンズ１０６により拡大され、その結
果、スクリ−ン１０７上に、拡大した画像が得られる。
【００８６】また、レ−ザ−ディスク、ＶＴＲ等（図示
せず）から入力されたビデオ入力は、ビデオクロマ処理
回路１０８により処理された後、ＲＧＢ出力回路１０９
に入力される。ＲＧＢ出力回路１０９は、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）に対応する映像信号及び液晶表示素子
１０５をＡＣ駆動するため、垂直期間ごとに極性反転
し、Ｘドライバ１１０を介して液晶表示素子１０５の電
極に入力される。前記ビデオクロマ処理回路１０８、Ｒ
ＧＢ出力回路１０９、Ｘドライバ１１０、及びＹドライ
バ１１３は、同期処理回路１１１、コントロ−ラ１１２
により同期がとられている。
【００８７】図１４は、本発明の第２の目的達成のため
の他の実施例としての液晶投射型表示装置を示す構成図
である。
【００８８】図１４において、１０１は光源であり、例
えばメタルハライドランプ、ハロゲンランプである。１
０２Ｂは回転放物面の一部を反射面として有する第１の
リフレクタ、１０３は球面形の一部を反射面として有す
る第２のリフレクタ、１１４はコンデンサレンズ、１０
４はコ−ルドフィルタ、１０５は液晶表示素子である。
１０６は液晶表示素子５上の表示画像を拡大するための
投写レンズ、１０７はスクリ−ンである。
【００８９】また、液晶表示素子５の駆動回路として
は、図１３の場合と同じ回路ブロックを有している。即
ち、１０８はビデオクロマ処理回路、１０９はＲＧＢ出
力回路、１１０はＸドライバ、１１１は同期処理回路、
１１２はコントロ−ラ、１１３はＹドライバである。
【００９０】図１４を参照する。光源１０１は、第１の
リフレクタ１０２Ｂの焦点位置近傍に配置されており、
光源１０１から出射する光は第１のリフレクタ１０２Ｂ
で反射して並行光となり、コンデンサレンズ１１４によ
り集光され、コ−ルドフィルタ１０４を介して、液晶表
示素子１０５に照射される。また、第２のリフレクタ１
０３で反射する光線は、一旦光源１０１に戻り、第１の
リフレクタ１０２Ｂに入射、そして、反射して並行光と
なり、コンデンサレンズ１１４により集光され、コ−ル
ドフィルタ１０４を介して、液晶表示素子１０５に照射
される。
【００９１】本実施例では、光源１０１の前後に２枚の
リフレクタを配置しているので、光源からの出射光のほ
とんどを有効利用できる。さらに、第１のリフレクタ１
０２Ｂとコンデンサレンズ１１４の焦点距離を、既に述
べた条件に従って最適に設定することにより、高い集光
率を得ることが可能となる。その他は、図１３を参照し
て説明したところと同じである。
【００９２】なお、以上の各実施例においては、ライト
バルブとして、液晶表示素子を１枚使用する場合を説明
したが、カラ−表示の場合には、液晶表示素子１０５内
に、図示していないカラ−フィルタを設ける必要がある
ことは述べるまでもない。また、以上述べた実施例は、
いわゆる色の３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する３枚の液
晶表示素子を用いる表示装置にも適用できる。
【００９３】次に、本発明の第２の目的達成のための実
施例としての、照明装置について具体的なデータを、図
１７または図１８を参照して説明する。
【００９４】図１７の（ａ）を参照する。同図におい
て、光源１０１には、１５０ｗのメタルハライドランプ
を用いた。発光部である光源１０１は、長さ３ｍｍ、直
径１ｍｍの円柱状の物体（メタルハライドランプ）であ
る。第１のリフレクタ１０２Ａは、断面楕円形状の反射
面を持つものであるから、その第１焦点距離は２０ｍ
ｍ，第２焦点距離ｆ2 は４００ｍｍ、開口径Ｄは８０ｍ
ｍであり、第２のリフレクタ１０３は半径８ｍｍ、開口
径１６ｍｍの球面ミラ−である。液晶表示素子１０５の
パネルサイズｙは１．４インチ（対角長寸法が１．４イ
ンチ）であり、第１のリフレクタ１０２の頂点から液晶
表示素子１０５までの距離Ｌは２５０ｍｍである。
【００９５】第１のリフレクタ１０２Ａの第１焦点位置
と第２のリフレクタ１０３の球面ミラ−の中心はほぼ一
致するように配置し、さらに、光源１０１として用いた
メタルハライドランプは、その発光部中心が第１のリフ
レクタ１０２Ａの第１焦点位置近傍に配置した。本実施
例においては約７４％の集光率を得た（因みに、本発明
によらない場合、通常の集光率は３０％程度である。
【００９６】次に図１７の（ｂ）を参照する。同図にお
いて、光源１０１には１５０ｗのメタルハライドランプ
を用いた。発光部である光源１０１は、長さ３ｍｍ、直
径１ｍｍの円柱状の物体（メタルハライドランプ）であ
る。第１のリフレクタ１０２Ａは断面楕円形状の反射面
を持つものであるから、その第１焦点距離は２０ｍｍ，
第２焦点距離ｆ2 は２５０ｍｍ、開口径Ｄは８０ｍｍで
あり、第２のリフレクタ１０３は半径８ｍｍ、開口径１
６ｍｍの球面ミラ−である。液晶表示素子１０５のパネ
ルサイズはｙは１．４インチであり、第１のリフレクタ
１０２の頂点から液晶表示素子１０５までの距離Ｌは１
５０ｍｍである。
【００９７】第１のリフレクタ１０２Ａの第１焦点位置
と第２のリフレクタ１０３の球面ミラ−の中心はほぼ一
致するように配置し、さらに、光源１０１として用いた
メタルハライドランプはその発光部中心が第１のリフレ
クタ１０２Ａの第１焦点位置近傍に配置した。本実施例
においては約７０％の集光率を得た。
【００９８】次に図１８の（ａ）を参照する。光源１０
１には１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。発光
部である光源１０１は、長さ３ｍｍ、直径１ｍｍの円柱
状の物体（メタルハライドランプ）である。第１のリフ
レクタ１０２Ｂは、第１焦点距離２０ｍｍ、開口径８０
ｍｍの放物リフレクタ（回転放物面の一部を反射面とし
て有するリフレクタ）である。第２のリフレクタ１０３
は、半径８ｍｍ、開口径１６ｍｍの球面ミラ−である。
コンデンサレンズ１１４は、開口径８４ｍｍ、焦点距離
２２０ｍｍの平凸レンズである。
【００９９】液晶表示素子１０５のパネルサイズは１．
４インチ（対角長寸法が１．４インチ）であり、第１の
リフレクタ１０２Ｂの頂点から液晶表示素子１０５まで
の距離は２５０ｍｍであり、コンデンサレンズ１１４か
ら液晶表示素子１０５までの距離ＬＯは１２５ｍｍであ
る。
【０１００】第１のリフレクタ１０２Ｂの第１焦点位置
と第２のリフレクタ１０３の球面ミラ−の中心はほぼ一
致するように配置し、さらに、光源１０１として用いた
メタルハライドランプはその発光部中心が第１のリフレ
クタ１０２Ｂの第１焦点位置近傍に配置した。本実施例
においては約６８％の集光率を得た。
【０１０１】次に図１８の（ｂ）を参照する。光源１０
１には１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。発光
部である光源１０１は、長さ３ｍｍ、直径１ｍｍの円柱
状の物体（メタルハライドランプ）である。第１のリフ
レクタ１０２Ｂは第１焦点距離２０ｍｍ、開口径８０ｍ
ｍの放物リフレクタである。第２のリフレクタ１０３は
半径８ｍｍ、開口径１６ｍｍの球面ミラ−である。コン
デンサレンズ１１４は開口径８４ｍｍ、焦点距離ｆCLが
１７０ｍｍの平凸レンズである。
【０１０２】液晶表示素子１０５のパネルサイズは１．
４インチ（対角長寸法が１．４インチ）であり、第１の
リフレクタ１０２Ｂの頂点から液晶表示素子１０５まで
の距離は１８０ｍｍであり、コンデンサレンズ１１４か
ら液晶表示素子１０５までの距離ＬＯは１００ｍｍであ
る。
【０１０３】第１のリフレクタ１０２Ｂの第１焦点位置
と第２のリフレクタ１０３の球面ミラ−の中心はほぼ一
致するように配置し、さらに、光源１０１として用いた
メタルハライドランプはその発光部中心が第１のリフレ
クタ１０２Ｂの第１焦点位置近傍に配置した。本実施例
においては約７０％の集光率を得た。
【０１０４】
【発明の効果】本発明においては、第１の目的達成に関
連して、ランプの管球部に設けた反射膜、あるいは反射
ミラーにより従来逸散されていたランプの光成分もリフ
レクタ側に反射して利用できるので、ランプ出射光の光
利用率を向上することができる。
【０１０５】また、ダイクロイック膜で形成した反射膜
または反射ミラーにより、可視光成分のみをリフレクタ
側に反射し、熱線を透過、あるいは部分的に透過して残
り成分をリフレクタ側に反射するので、管球部内の添加
物の対流が促進して、ランプの発光効率を高め、同時に
長寿命化することができる。
【０１０６】また、上記反射膜付きのランプを液晶表示
装置の光源に用いるので、スクリーン投影像の輝度を向
上することができる。
【０１０７】更に、本発明によれば、第２の目的達成に
関連して、従来の照明装置において利用されていなかっ
た直射光を第２のリフレクタで有効利用されるので、そ
の集光率を大幅に向上することができる。この結果、画
面の明るい液晶投射型表示装置を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ほぼ点光源と見なせるランプを用いた本発明に
よる光源の部分断面図である。
【図２】ランプの電極間が開いている場合における本発
明ランプの部分断面図である。
【図３】ランプの電極間が開いている場合における本発
明ランプの部分断面図である。
【図４】ランプの電極間が開いている場合における本発
明ランプの部分断面図である。
【図５】本発明による光源の断面図である。
【図６】従来の光源の断面図である。
【図７】本発明による光源を用いた単板式液晶表示装置
の構成図である。
【図８】本発明による光源を用いた三板式液晶表示装置
の構成図である。
【図９】本発明の参考例としての反射ミラーを使った光
源の断面図である。
【図１０】本発明による光源の概要を示す断面図であ
る。
【図１１】リフレクタの焦点ｆが過大な場合の光源の断
面図である。
【図１２】発光部の位置による発散角の違いを示す光源
の断面図である。
【図１３】本発明の第２の目的達成のための一実施例と
しての液晶表示装置を示す構成図である。
【図１４】本発明の第２の目的達成のための他の実施例
としての液晶表示装置を示す構成図である。
【図１５】従来の照明装置の基本的構成を示す説明図で
ある。
【図１６】本発明における課題の解決手段（第２の目的
達成手段）を示す説明図である。
【図１７】本発明による照明装置の一構成の各部寸法関
係を示す説明図である。
【図１８】本発明による照明装置の他の構成の各部寸法
関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ランプ、２…反射膜、３…リフレクタ、４…管球
部、５…端子板、６…口金、７…後側電極、８…前側電
極、９…反射ミラー、１０…接着剤、２１…赤外フィル
タ、２２…集光レンズ、２５…投射レンズ、２６…スク
リーン、２７…緑色用液晶表示素子、２８…青色用液晶
表示素子、２９…赤色用液晶表示素子、３０，３２，３
３，３５…ダイクロイックミラー、３１，３４…全反射
ミラー、４６…ダイクロイック膜、４７…熱線反射膜、
４８…熱線、５０…焦点距離、５２…発光部、１０１…
光源、１０２Ａ…第１のリフレクタ（反射面の形状を断
面楕円形状としたリフレクタ）、１０２Ｂ…第１のリフ
レクタ（反射面形状を回転放物面の一部をなす形状とし
たリフレクタ）、１０３…第２のリフレクタ、１０４…
コールドフィルタ、１０５…液晶表示素子、１０６…投
写レンズ、１０７…スクリーン、１０８…ビデオクロマ
処理回路、１０９…ＲＧＢ出力回路、１１０…Ｘドライ
バ、１１１…同期処理回路、１１２…コントロ−ラ、１
１３…Ｙドライバ、１１４…コンデンサレンズ、１１５
…反射光、１１６…直射光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有木 美雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 映像メディア研究 所内 (72)発明者 出口 雅晴 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 映像メディア研究 所内 (72)発明者 久田 隆紀 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 映像メディア研究 所内 (72)発明者 丸山 竹介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 映像メディア研究 所内 (56)参考文献 特開 平３−33732（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−204432（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−205204（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−86704（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138408（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−131401（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−16590（ＪＰ，Ｕ) 久保田弘著「光学」Ｐ231第23−８図 （Ｃ），（Ｄ）1971年岩波書店発行 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13357 F21V 7/09 G02F 1/13 505 G03B 21/14

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 球面状の管球部内に発光部を含んで成る
    ランプの出射光を、リフレクタにより集光してライトバ
    ルブを照明する投射型表示装置用光源において、 上記リフレクタを構成する第１のリフレクタ及び第２の
    リフレクタのうち、第１のリフレクタを、上記ランプの
    ライトバルブと反対側に設け、 開口が上記第１のリフレクタのそれより小さく、上記ラ
    ンプのライトバルブ側管球部の外面に上記ランプの出射
    光である可視光成分を上記第１のリフレクタに向けて反
    射する半球状の反射膜からなる上記第２のリフレクタを
    直接形成すると共に、 上記第２のリフレクタの外側に、上記ランプの出射光と
    共に出射される熱線が上記第２のリフレクタを透過して
    くるのを反射させる熱線反射膜を設け、かつ該熱線反射
    膜の反射面形状を、上記第２のリフレクタのそれとは異
    ならせて、該熱線反射膜により反射された熱線が上記管
    球部内の対流を促進するようにし、その上で、 上記ランプの管球部内の発光部による発光中心と、上記
    第２のリフレクタの球面の中心をほぼ一致させると共
    に、上記第１のリフレクタの頂点と焦点を結ぶ光軸上に
    上記ライトバルブを配置したことにより、 上記ランプを出射して上記第１のリフレクタへ直接向か
    う投射光と、上記ランプを出射した後、半球状の上記第
    ２のリフレクタを介して上記第１のリフレクタへ向かう
    投射光と、が共に上記第１のリフレクタにより集光され
    て、上記第２のリフレクタの開口部の外側空間を通って
    上記ライトバルブに到り、これを照明するようにしたこ
    とを特徴とする投射型表示装置用光源。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の投射型表示装置用光源
    を用いた照明装置において、上記第１のリフレクタ（１
    ０２Ａ）は楕円状の反射面を持ち、その第１の焦点に上
    記ランプの管球部内の発光部による発光中心をほぼ一致
    させると共に、 下記の式を満足することを特徴とする照明装置。 記 （Ｄ・Ｌ）／（Ｄ＋ｙ）＜ｆ 2 ＜（Ｄ・Ｌ）／（Ｄ−
    ｙ） 但し Ｌ ：第１のリフレクタ頂点からライトバルブ照射面ま
    での距離 ｆ 2 ：第１のリフレクタの持つ二つの焦点距離（第１の
    リフレクタ頂点から反射面楕円の焦点までの距離）のう
    ちの長い方の焦点距離 Ｄ ：第１のリフレクタの開口径 ｙ ：ライトバルブ照射面の対角長寸法
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の投射型表示装置用光源
    を用いた照明装置において、上記第１のリフレクタ（１
    ０２Ｂ）は放物面状の反射面を持ち、その焦点に上記ラ
    ンプの管球部内の発光中心をほぼ一致させると共に、 上記第１のリフレクタからの出射光を上記ライトバルブ
    へ集光するコンデンサレンズ（１０４）を備え、 下記の式を満足することを特徴とする照明装置。 記 （Ｄ・ＬＯ）／（Ｄ＋ｙ）＜ｆ CL ＜（Ｄ・ＬＯ）／（Ｄ
    −ｙ） 但し ＬＯ ：コンデンサレンズからライトバルブ照射面まで
    の距離 ｆ CL ：コンデンサレンズの焦点距離 Ｄ ：コンデンサレンズの開口径 ｙ ：ライトバルブ照射面の対角長寸法
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の投射型表示装置用光源
    からの出射光の照射を受ける上記ライトバルブとしての
    液晶表示素子と、該液晶表示素子の出射光をスクリーン
    に向けて投射する投射レンズとを備えたことを特徴とす
    る液晶投射型表示装置。
  5. 【請求項５】 請求項２又は３に記載の照明装置から照
    射を受ける上記ライトバルブとしての液晶表示素子と、
    該液晶表示素子の出射光をスクリーンに向けて投射する
    投射レンズとを備えたことを特徴とする液晶投射型表示
    装置。
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